JP6165343B2 - 液体内の溶存水素ガス濃度測定用水素センサ素子およびこれを用いた水素ガス濃度測定方法 - Google Patents
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Description
E=Eo+A logPH2+(A/2) logPO2−−−−−−−−(1)
x=2(Dt)1/2 −−−−−−(3)
Po2=0.21×exp(4FE/RT)−−−(4)
Claims (18)
- 液体内の溶存水素ガス濃度を測定するための水素センサ素子であって、
水素ガス濃度を測定するセンサ部、および
前記センサ部に結合され、少なくとも一部に開放部が形成されるハウジング胴体および前記開放部に気体および液体密封可能に結合されるガス分離膜を含むハウジング
を含み、
前記ハウジング胴体およびガス分離膜によって前記ハウジング内部には前記液体および外部空気から隔離された密閉空間が形成され、
前記ガス分離膜は前記液体内の溶存水素ガスを前記密閉空間内に透過させ、
前記センサ部は、
酸素イオン伝導体と水素イオン伝導体のヘテロ接合体、
前記水素イオン伝導体の表面に形成される検知電極、
前記酸素イオン伝導体の表面に形成される基準電極、および
前記基準電極と前記検知電極間の起電力を測定する起電力測定部
を含み、
前記検知電極は前記密閉空間に露出され、
前記基準電極は外部空気と連通するか、または前記基準電極側の酸素分圧を固定させる基準物質で覆われており、
前記溶存水素ガス濃度が変化するに伴って前記起電力が変化することを特徴とする水素センサ素子。 - 前記密閉空間内の酸素を外部にポンピングして除去するためのポンピング部をさらに含み、
前記ポンピング部は前記ハウジングに結合されることを特徴とする、請求項1に記載の水素センサ素子。 - 前記ガス分離膜を前記ハウジングに結合するための固定キャップをさらに含むことを特徴とする、請求項1または2に記載の水素センサ素子。
- 前記ハウジング内部の密閉空間は充填物で満たされることを特徴とする、請求項1または2に記載の水素センサ素子。
- 前記センサ部をセンシング温度にまで加熱するためのヒータが含まれることを特徴とする、請求項1または2に記載の水素センサ素子。
- 前記ポンピング部は、
酸素イオン伝導体、
前記酸素イオン伝導体とスペーサによって所定間隔離隔され、前記離隔された間隔は外部空気と連通するように備えられるヒータ基板、
前記酸素イオン伝導体の前記密閉空間側の一面に形成される第1ポンピング電極、
前記酸素イオン伝導体の前記外部空気側の一面に形成される第2ポンピング電極、および
前記第1ポンピング電極および前記第2ポンピング電極の間に電圧または電流を印加するポンピング電源
を含み、
前記ポンピング電源によって前記第1ポンピング電極および前記第2ポンピング電極の間に電圧または電流を印加することによって前記密閉空間側の酸素が前記外部空気側にポンピングされることを特徴とする、請求項2に記載の水素センサ素子。 - 容器に収容された液体内の溶存水素ガス濃度を測定するための溶存水素測定装置であって、
前記容器の一側に備えられた開口部に結合された水素センサ素子を含み、
前記水素センサ素子は水素ガス濃度を測定するセンサ部および前記センサ部に結合されるハウジングを含み、前記ハウジングは少なくとも一部に開放部が形成されるハウジング胴体および前記開放部に気体および液体密封可能に結合されるガス分離膜を含んで内部に前記液体および外部空気から隔離された密閉空間が形成され、
前記ガス分離膜は前記開口部を通して前記容器内部と連通して前記液体内の溶存水素ガスを前記密閉空間内に透過させ、
前記センサ部は、
酸素イオン伝導体と水素イオン伝導体のヘテロ接合体、
前記水素イオン伝導体の表面に形成される検知電極、
前記酸素イオン伝導体の表面に形成される基準電極、および
前記基準電極と前記検知電極間の起電力を測定する起電力測定部
を含み、
前記検知電極は前記密閉空間に露出され、
前記基準電極は外部空気と連通するか、または前記基準電極側の酸素分圧を固定させる基準物質で覆われており、
前記溶存水素ガス濃度が変化するに伴って前記起電力が変化することを特徴とする溶存水素測定装置。 - 前記センサ部に電気的に連結されて前記センサ部の動作を制御する制御装置をさらに含むことを特徴とする、請求項7に記載の溶存水素測定装置。
- 前記センサ部の温度を測定するための温度センサがさらに備えられ、
前記制御装置は前記温度センサからその温度のセンシング結果の伝達を受けることを特徴とする、請求項8に記載の溶存水素測定装置。 - 前記液体の流入有無を検知するための液体流入センサがさらに備えられ、
前記制御装置は前記液体流入センサからそのセンシング結果の伝達を受けることを特徴とする、請求項8に記載の溶存水素測定装置。 - 前記開口部には開閉バルブが設置され、
前記制御装置は前記開閉バルブの動作を制御することを特徴とする、請求項8に記載の溶存水素測定装置。 - 前記制御装置は、
前記センサ部から測定結果の入力を受ける測定部、
前記水素センサ素子の動作を制御する制御部、
前記測定された溶存水素ガス濃度を表示する表示部、および
前記溶存水素ガス濃度の測定結果を有線または無線で送信する送信部
を含むことを特徴とする、請求項8に記載の溶存水素測定装置。 - 請求項9に記載の溶存水素測定装置を用いて液体内の溶存水素ガス濃度を測定する方法であって、
前記温度センサを用いて前記センサ部の温度を測定するステップ、
前記温度測定結果に基づいて前記センサ部の温度を測定温度になるように制御するステップ、および
前記センサ部を用いて前記密閉空間内の水素ガス分圧を測定し、その結果を用いて溶存水素ガス濃度を演算するステップ
を含むことを特徴とする溶存水素ガス濃度測定方法。 - 前記水素センサ素子は前記密閉空間内の酸素を外部にポンピングして除去するためのポンピング部をさらに含み、
前記ポンピング部は酸素イオン伝導体、前記酸素イオン伝導体の前記密閉空間側面に形成される第1ポンピング電極、および前記酸素イオン伝導体の前記外部側面に形成される第2ポンピング電極を含んでなり、
前記ポンピング部は前記第1ポンピング電極および第2ポンピング電極の間の起電力を測定することによって前記密閉空間内の酸素ガス分圧を測定する酸素センサ機能も行い、
前記酸素センサ機能を行うポンピング部が前記密閉空間内の酸素ガス分圧を測定し、前記測定された酸素ガス分圧が基準値以上であるか否かを判断し、前記判断の結果、基準値以上の場合には、前記密閉空間内の酸素ガスを外部に排出するように前記ポンピング部のポンピング動作を制御し、前記測定された酸素ガス分圧が基準値以下の場合には、前記水素ガス分圧を測定するステップを行うことを特徴とする、請求項13に記載の溶存水素ガス濃度測定方法。 - 前記測定および演算された溶存水素ガス濃度を有線または無線で送信するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項13または14に記載の溶存水素ガス濃度測定方法。
- 液体内の溶存水素ガス濃度を測定するための水素センサ素子であって、
少なくとも一部領域が開放された筒形状からなり、前記開放された一部領域に液体は透過することができず水素ガスは透過するガス分離膜が結合されるハウジング、および
少なくとも第1電極および第2電極を備えるセンサ部
を含み、
前記センサ部は、
酸素イオン伝導体と水素イオン伝導体のヘテロ接合体、
前記水素イオン伝導体の表面に形成される前記第1電極、
前記酸素イオン伝導体の表面に形成される前記第2電極、および
前記基準電極と前記検知電極間の起電力を測定する起電力測定部
を含み、
前記センサ部は、前記第1電極が前記ハウジング内に挿入されるように前記ハウジングに結合され、前記ガス分離膜を通してハウジング内に入ってきて前記第1電極に接する水素ガスの濃度を測定することを特徴とする水素センサ素子。 - 液体内に少なくとも一部が挿入されて液体内の溶存水素ガス濃度を測定するための水素センサ素子であって、
固体電解質の両側に基準電極および検知電極を備えたセンシング部、
前記液体からは隔離された状態で前記基準電極に基準ガスを供給するための基準ガス通路、
前記センシング部をセンシング温度にまで加熱するためのヒータ部、および
前記基準電極と前記検知電極間の起電力を測定する起電力測定部
を含み、
前記固体電解質は酸素イオン伝導体と水素イオン伝導体のヘテロ接合からなり、
前記検知電極は水素イオン伝導体の表面に形成され、
前記検知電極は液体内の溶存水素ガスに露出され、前記溶存水素ガス濃度が変化するに伴って前記起電力が変化することを特徴とする水素センサ素子。 - 液体内に少なくとも一部が挿入されて液体内の溶存水素ガス濃度を測定するための水素センサ素子であって、
固体電解質の両側に基準電極および検知電極を備えたセンシング部、
前記基準電極を覆って基準電極側の基準ガス分圧を固定させる基準ガス分圧固定用基準物質、
前記センシング部をセンシング温度にまで加熱するためのヒータ部、および
前記基準電極と前記検知電極間の起電力を測定する起電力測定部
を含み、
前記固体電解質は酸素イオン伝導体と水素イオン伝導体のヘテロ接合からなり、
前記検知電極は水素イオン伝導体の表面に形成され、
前記検知電極は液体内の溶存水素ガスに露出され、前記溶存水素ガス濃度が変化するに伴って前記起電力が変化することを特徴とする水素センサ素子。
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